面向虚拟健身的人机交互技术与系统

摘要

本文将虚拟现实技术与健身相结合，研究了面向虚拟健身的手势交互、手持交互等人机交互技术，并以跑步健身为例，开发了虚拟跑步机系统。具体研究工作包括以下几个方面：
　　1）提出了一种运动过程非中断的自然手势交互技术。针对运动过程中的交互不能中断运动本身的要求，设计了一种基于Kinect的手势自然交互模型以及实现此交互模型的算法。通过划分运动中符合人体运动姿态的手势，实现与虚拟三维场景中对象的交互。实验表明该技术能在不中断跑步运动的前提下适应复杂的运动过程中的手势，达到良好的交互效果。
　　2）提出了一种基于方位传感器的虚拟运动触发交互技术。针对传统健身设备（如跑步机）无法触发跳跃、转弯等运动的问题，提出了一种十分便利的可以触发虚拟运动的方法。该方法基于手机方位传感器实现，实时计算传感器数据到投影屏幕坐标之间的映射关系，用户只需要在运动过程中手持手机，摆动手机方位，即可实现虚拟健身过程中运动的触发。
　　3）为了测试上述相关交互技术的有效性，本文以虚拟跑步机为例，设计并实现了一套虚拟健身系统。分别采用OSG及Unity3D等两种方法对虚拟健身环境中的三维场景进行创建与绘制，并分别在Oculus Rift虚拟头盔显示设备及大屏幕投影显示设备下进行测试，均达到了良好的健身交互体验。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 研究现状

1.3 本文的内容和组织结构

1.4 本章小结

2 运动过程非中断的自然手势交互技术

2.1 Kinect介绍

2.2 自然交互模型

2.3 算法实现

2.4 本章小结

3 基于方位传感器的虚拟运动触发交互技术

3.1 手机传感器介绍

3.2 手持交互变换算法

3.3 算法实现

3.4 本章小结

4 虚拟健身交互系统的设计与实现

4.1 系统总体设计

4.2 系统结果展示

4.3 系统功能性评估

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 下一步的工作

参考文献

攻读硕士学位期间的科研项目及论文